氧分析儀在空分設(shè)備中的應(yīng)用

    氧氣分析儀廠家介紹原電池型和氧化鋯型微量氧分析儀的工作原理及日常維護(hù)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合微量氧分析儀的選型和使用實(shí)踐。

    空分設(shè)備主要的產(chǎn)品之一是氮?dú)?為保證氮?dú)猱a(chǎn)品的質(zhì)量,需用分析儀對(duì)氮?dú)猱a(chǎn)品的控制指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量,一般以分析氮?dú)庵须s質(zhì)含量來(lái)確定氮?dú)饧兌?。微量氧含量是氮?dú)猱a(chǎn)品最主要的控制指標(biāo)。

    在生產(chǎn)過(guò)程中,測(cè)量微量氧含量的方法很多,如熱化學(xué)法、比色法、熱導(dǎo)法、黃磷發(fā)光法和原電池法等。因熱化學(xué)法、比色法和熱導(dǎo)法的靈敏度比較低,黃磷發(fā)光法操作不方便,且所需設(shè)備又比較復(fù)雜,所以工業(yè)上不常用這些方法。目前廣泛應(yīng)用于空分行業(yè)的微量氧分析儀,按儀器的測(cè)量原理不同,可分為原電池型和氧化鋯型微量氧分析儀。以下按測(cè)量原理不同介紹幾種微量氧分析儀在空分設(shè)備中的應(yīng)用。

    1　原電池型微量氧分析儀

    原電池型微量氧分析儀測(cè)量氧含量,是通過(guò)陰陽(yáng)電極上發(fā)生的氧化-還原反應(yīng)產(chǎn)生的電流來(lái)確定的,一般氧分子在陰極被還原成氫氧根離子,在陽(yáng)極反應(yīng)略有不同。原電池型微量氧分析儀分為燃料電池型和赫茲電池型微量氧分析儀等。

    1.1　燃料電池型微量氧分析儀

    1.1.1　測(cè)量原理

   微量氧分析儀屬于燃料電池型,在陰極氧分子被銀催化轉(zhuǎn)化成氫氧根離子,在陽(yáng)極鉛原子被氧化,產(chǎn)生的電流與樣氣中氧含量成比例?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下:

   微量氧分析儀由節(jié)流閥、流量計(jì)、調(diào)濕器、電解池、電子放大電路、恒溫組件和容器池組成。燃料電池是敞開(kāi)式,可定期維護(hù)電極,調(diào)濕器用于保持燃料電池內(nèi)氫氧化鉀溶液的液位,根據(jù)電解液的液位變化適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)調(diào)濕器旋鈕。

    1.1.2　儀器的日常維護(hù)

    儀器在日常維護(hù)中應(yīng)注意:

    (1)避免高氧含量的樣氣進(jìn)入燃料電池,樣氣中過(guò)高氧含量對(duì)鉛電極的腐蝕作用會(huì)加劇。鉛電極的腐蝕為一般程度時(shí),可以按1∶4的比例配制硝酸溶液,用稀釋液來(lái)清洗鉛電極,嚴(yán)重腐蝕時(shí)只能更換鉛電極,同時(shí)定期更換電解液。

    (2)保持測(cè)量樣氣的壓力和流量恒定。

    (3)定期向容器補(bǔ)充蒸餾水,調(diào)節(jié)調(diào)濕器來(lái)保證電解液液位。

    (4)校驗(yàn)用氣用量程范圍80%的標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行量程標(biāo)定,以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。

    (5)儀器排放管線(xiàn)要保證常壓通暢,避免放空管帶壓并阻塞,影響儀器的測(cè)量準(zhǔn)確性。

    目前,在空分設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛的是微燃料電池型微量氧分析儀,其測(cè)量原理與微量氧分析儀一樣,但微燃料電池是密封的,使用兩年后傳感器性能下降,需更換微燃料電池。兩者測(cè)量精度都比較高,完全滿(mǎn)足工藝控制要求,燃料電池型儀器傳感器使用壽命較長(zhǎng),價(jià)格低,但儀器維護(hù)的工作量稍大;微燃料電池型傳感器使用壽命相對(duì)較短,但操作維護(hù)方便,儀器維護(hù)的工作量較小,微燃料電池更換方便。

    1.2　赫茲電池型微量氧分析儀

    1.2.1　測(cè)量原理

    赫茲電池型微量氧分析儀的傳感器使用一個(gè)外加電壓(1·3VDC)去啟動(dòng)電極反應(yīng),氧分子在陰極被還原成氫氧根離子,在陽(yáng)極氫氧根離子被氧化成氧分子后排出?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下:

    1.2.2　儀器的特性

     在實(shí)際應(yīng)用中,由于電極傳感器是非消耗型而無(wú)需太多的維護(hù)工作,只需定期在電解液中補(bǔ)充離子水,不需要頻繁校驗(yàn),儀器測(cè)量精度高,響應(yīng)快,防干擾性好,在實(shí)際工作中可用作標(biāo)準(zhǔn)儀器來(lái)對(duì)照分析。

    另外,該類(lèi)型微量氧分析儀還可提供在樣氣中含有酸性氣體的情況下也能正常工作的電解液調(diào)節(jié)系統(tǒng),該系統(tǒng)不受酸性氣體(二氧化碳、氧氮化合物、二氧化硫、氯化氫和硫化氫等)的干擾,測(cè)量工作穩(wěn)定、可靠。

    2　氧化鋯型微量氧分析儀

    2.1　測(cè)量原理

    氧化鋯是一種固體電解質(zhì),具有陶瓷性質(zhì),在常溫下具有單斜晶系結(jié)構(gòu)。在氧化鋯中加入氧化鈣或氧化釔作為穩(wěn)定劑,再經(jīng)過(guò)高溫焙燒,可形成不隨溫度變化且晶形穩(wěn)定的瑩石立方晶系,具有很高的氧離子導(dǎo)電性。

   氧化鋯微量氧分析儀的傳感器由氧化釔穩(wěn)定氧化鋯制成,這個(gè)材料被加熱到600℃以上時(shí)變?yōu)檠蹼x子,氧離子的導(dǎo)電率隨著溫度按指數(shù)率增加。傳感器由一個(gè)固定在相同材料的管子上的氧化釔穩(wěn)定氧化鋯盤(pán)組成,盤(pán)的表面涂了一層金屬鉑,并安裝在很小的溫度控制圓筒腔內(nèi)。當(dāng)盤(pán)的兩邊暴露在含氧的氣體中時(shí),構(gòu)成一個(gè)濃差池,輸出的信號(hào)與盤(pán)的兩邊獲得的氧濃度比值的對(duì)數(shù)成正比,采用測(cè)量電勢(shì)的方法,即可得到樣氣中的氧含量。

    2.2　儀器的日常維護(hù)

    氧化鋯微量氧分析儀測(cè)量精度高,響應(yīng)快,測(cè)量范圍寬,對(duì)空分設(shè)備上、下塔過(guò)程控制應(yīng)用方便,可以更早地投用,方便操作人員對(duì)工況進(jìn)行調(diào)整和控制。大連藍(lán)天中意公司有多臺(tái)此類(lèi)型分析儀,在實(shí)際應(yīng)用中總結(jié)了一些故障維護(hù)經(jīng)驗(yàn)和操作注意事項(xiàng),主要有以下幾方面:

    (1)儀器故障顯示測(cè)量池溫度低?？蓹z查測(cè)量池?zé)犭娕嫉倪B接,檢查多路轉(zhuǎn)換板上的保險(xiǎn),檢查電路板的連線(xiàn)。

    (2)儀器故障顯示測(cè)量池電勢(shì)高或低?？蓹z查測(cè)量池的電路連線(xiàn),檢查電路板之間的連線(xiàn),檢查氧化鋯傳感器。

    (3)傳感器對(duì)樣氣氧含量變化反應(yīng)遲緩,測(cè)量值偏低。一臺(tái)氧化鋯微量氧分析儀測(cè)量值嚴(yán)重偏低,傳感器反應(yīng)遲緩。經(jīng)過(guò)對(duì)儀器取樣系統(tǒng)檢查、零點(diǎn)量程的標(biāo)定、傳感器的檢查等,最終確認(rèn)傳感器發(fā)生故障。更換傳感器后,儀器恢復(fù)正常測(cè)量。

    (4)儀器標(biāo)定失敗。需正確選擇儀器的零點(diǎn)氣和量程氣,零點(diǎn)氣選用氧含量為100×10-6左右的氮?dú)?量程氣選用氧含量為20·95%的氮?dú)狻?/p>

    (5)儀器漂移大。要求樣品氣壓力控制在(34·47±20·68) kPa [ (5±3) psi],流量控制在200~550mL/min,定期校驗(yàn)儀器。

    (6)儀器工作環(huán)境中的氧含量應(yīng)為空氣的氧含量,避免其他因素對(duì)工作環(huán)境的氧含量造成影響。2005年6月,公司分析室柜式空調(diào)更換氟里昂時(shí)發(fā)生外泄,幾臺(tái)氧化鋯氧分析儀測(cè)量值瞬時(shí)波動(dòng),測(cè)量值偏高報(bào)警。通風(fēng)置換分析室內(nèi)空氣后,儀器恢復(fù)正常測(cè)量。

    (7)儀器開(kāi)車(chē)投用時(shí),各路取樣管線(xiàn)需通入潔凈的空氣或氮?dú)?并吹掃干凈;儀器入口需安裝過(guò)濾器,避免空分設(shè)備開(kāi)車(chē)時(shí),取樣管線(xiàn)內(nèi)的雜質(zhì)對(duì)傳感器造成破壞。

    (8)要保證儀器排放管線(xiàn)常壓通暢,避免放空管帶壓并阻塞,影響儀器的測(cè)量準(zhǔn)確性。

    (9)測(cè)量樣氣中的可燃性氣體對(duì)氧化鋯氧分析儀測(cè)量結(jié)果有一定影響,但由于可燃性氣體含量(如甲烷、一氧化碳和二氧化碳等)很低,故對(duì)微量氧測(cè)量造成的干擾很小。

    3.　微量氧分析儀的選型經(jīng)驗(yàn)

    在空分設(shè)備中,微量氧分析儀應(yīng)用廣泛,可用于測(cè)量上、下塔氮?dú)饧兌?、精氬塔氬中微量氧含量等過(guò)程控制參數(shù),同時(shí)也可測(cè)量最終產(chǎn)品管道氣、液體氮和貯槽氬中微量氧含量等質(zhì)量控制參數(shù)。微量氧分析儀的選型可根據(jù)儀器不同的測(cè)量原理,綜合考慮生產(chǎn)控制質(zhì)量要求、經(jīng)濟(jì)成本、維護(hù)工作量和維修成本等多種因素來(lái)進(jìn)行。大連藍(lán)天中意科技有限公司介紹微量氧分析儀的選型經(jīng)驗(yàn)。

    (1)便攜式微量氧分析儀選用微燃料電池型微量氧分析儀,用于測(cè)量槽車(chē)液氮、氮壓機(jī)開(kāi)車(chē)送氣中微量氧的分析等。其測(cè)量精度高,傳感器響應(yīng)快,價(jià)格低,維護(hù)工作量少;同時(shí)由于帶旁通吹掃閥和流量計(jì),使用和操作方便。傳感器使用壽命在3~5年,儀器不使用時(shí)用氮?dú)獗?span style="font-family: sans-serif;">護(hù),可延長(zhǎng)使用壽命。使用此儀器近4年來(lái),其響應(yīng)靈敏、測(cè)量準(zhǔn)確,故未更換過(guò)傳感器。

    (2)氧化鋯微量氧分析儀測(cè)量精度高,傳感器不怕高純氧污染,測(cè)量范圍寬,維護(hù)工作量少,儀器測(cè)量響應(yīng)快,傳感器使用壽命長(zhǎng)(正常為5~10年),但價(jià)格偏高,適合于生產(chǎn)過(guò)程控制。40000m3/h空分設(shè)備選用該型號(hào)氧化鋯微量氧分析儀,滿(mǎn)足了工藝控制精度的要求。而且該氧分析儀樣品多路切換靈活,多通道樣品測(cè)量減少了儀器總臺(tái)(件)數(shù),降低固定資產(chǎn)成本。

    (3)微燃料電池型微量氧分析儀的測(cè)量精度高,價(jià)格適中,維護(hù)工作量少,傳感器更換方便。但傳感器怕高純氧污染,適合于最終液體貯槽產(chǎn)品質(zhì)量控制。如應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程控制,取樣系統(tǒng)可考慮設(shè)置當(dāng)氧純度過(guò)高時(shí)自動(dòng)切換至氮?dú)獗Ｗo(hù)的聯(lián)鎖系統(tǒng),避免傳感器被污染,影響傳感器的使用壽命。

    隨著大型空分技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)產(chǎn)品氮?dú)?、氬氣的質(zhì)量要求越來(lái)越高,相應(yīng)地對(duì)微量氧分析儀測(cè)量的精度、可靠性和自動(dòng)化程度要求也越來(lái)越高,所以，LT-O微量氧分析儀的正確選型、使用和維護(hù)就顯得尤其重要。